CN101424540B - 一种车辆导航中基于动态虚拟路口的地图匹配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆导航中基于动态虚拟路口的地图匹配方法，属于车辆定位/导航技术领域。首先构建一个空的匹配路段集合，根据车辆在全球卫星定位系统中的定位数据判断车辆是否在设定的虚拟路口内，根据判断结果对上述匹配路段集合进行填充；然后对该匹配路段集合中的所有路段进行模糊综合评判，确定车辆当前所在路段；最后根据车辆当前所在路段得到车辆当前行驶方向的前方路口，利用该路口数据对设定的虚拟路口进行更新。本发明的优点是在对地图公司提供的地图数据不做更多需求的情况下，利用软件方法建立动态虚拟路口，对路口内地图数据的补充，改善路口中的地图匹配效果，实现车辆在路口中的连续精确导航。

Description

一种车辆导航中基于动态虚拟路口的地图匹配方法

技术领域

本发明涉及一种车辆导航中基于动态虚拟路口的地图匹配方法，属于车辆定位/导航技术领域。

背景技术

车辆导航技术的研究在20世纪70年代末开始兴起。20世纪80年代末，全球卫星定位系统(以下简称GPS)定位技术得到广泛应用。从90年代起，国外开始了全球卫星定位系统/航位推算/地图匹配组合定位技术在车辆自主导航中的应用研究。具有代表性的有日本Pioneer公司的汽车导航系统，日本Toyota公司的车载驾驶员信息系统，法国雷诺的Carminat系统，以及德国的CarMultimerdiaSystem等。在车辆导航系统中，地图匹配是其中的一项关键技术。它将车辆定位轨迹与电子地图中的道路网信息联系起来，并根据地图确定车辆的位置。

国外从七十年代后期开始对地图匹配技术进行研究，其最初思想是找到电子地图中距离定位点最近的道路，即投影匹配法。但是该方法在道路密集、道路形状复杂等情况下准确率较低。之后又有学者提出半确定性地图匹配方法，基于模糊逻辑的地图匹配方法，以及利用一段历史轨迹与实际道路进行曲线比对的方法。但是这些方法在车辆进入路口时，由于地图数据本身对于路口内部的结构特征的描述不够完备，导致地图匹配效果不理想，经常出现车辆导航在路口中的不连续甚至错误的现象。

发明内容

本发明的目的是提出针对目前应用的需求，提出一种基于动态虚拟路口的地图匹配方法。在车辆导航过程中实时检测车辆行驶前方路口，并建立虚拟路口；当车辆进入该路口时利用虚拟路口数据进行地图匹配，改善路口中的地图匹配效果，实现车辆在路口中的连续导航。

本发明提出的车辆导航中基于动态虚拟路口的地图匹配方法，包括以下步骤：

(1)构建一个匹配路段集合，该集合初始为空；

(2)根据车辆在全球卫星定位系统中的定位数据，判断车辆当前位置是否在设定的虚拟路口内，若车辆在虚拟路口内，则将虚拟路口的所有虚拟路段加入到上述匹配路段集合中，若车辆不在虚拟路口内，则不操作；

(3)根据车辆在全球卫星定位系统中的定位数据，从车辆当前位置所在地图数据中获取车辆当前位置设定范围内的所有路段，定义为邻近路段，并将邻近路段加入到上述匹配路段集合中；

(4)根据车辆在全球卫星定位系统中的定位数据，对步骤(3)的匹配路段集合中的所有路段进行模糊综合评判，确定车辆当前所在路段；

(5)根据上述车辆当前所在路段，以及车辆当前位置所在地图数据中的拓扑数据，得到车辆当前行驶方向的前方路口；

(6)对上述车辆当前行驶方向的前方路口进行判断，若前方路口不是上述设定的虚拟路口，则根据上述车辆当前行驶方向的前方路口数据，对设定的虚拟路口进行更新，得到更新的虚拟路口，若前方路口是上述设定的虚拟路口，则不操作；

(7)重复步骤(1)-(6)。

本发明提出的车辆导航中基于动态虚拟路口的地图匹配方法，针对地图数据对于路口内部的结构特征描述不够完备的缺点，在车辆导航过程中实时检测车辆行驶前方路口，判断车辆是否进入虚拟路口。当车辆进入虚拟路口时，利用虚拟路口数据对地图数据进行补充，完成车辆在路口中的地图匹配；同时根据匹配结果实时动态的对虚拟路口数据进行更新。本方法在对地图公司提供的地图数据不做更多需求的情况下，利用软件方法建立动态虚拟路口，以实现对路口内地图数据的补充，从而在一定程度上改善路口中的地图匹配效果，实现车辆在路口中的连续精确导航。

附图说明

图1是本发明方法的流程框图。

图2是本发明方法中虚拟路段的计算方法示意图。

图3是本发明方法实施例的匹配结果示意图。

具体实施方式

本发明提出的车辆导航中基于动态虚拟路口的地图匹配方法，包括以下步骤：

(1)构建一个匹配路段集合，该集合初始为空；

(2)根据车辆在全球卫星定位系统中的定位数据，判断车辆当前位置是否在设定的虚拟路口内，若车辆在虚拟路口内，则将虚拟路口的所有虚拟路段加入到上述匹配路段集合中，若车辆不在虚拟路口内，则不操作；

(3)根据车辆在全球卫星定位系统中的定位数据，从车辆当前位置所在地图数据中获取车辆当前位置设定范围内的所有路段，定义为邻近路段，并将邻近路段加入到上述匹配路段集合中；

(4)根据车辆在全球卫星定位系统中的定位数据，对步骤(3)的匹配路段集合中的所有路段进行模糊综合评判，确定车辆当前所在路段；

(5)根据上述车辆当前所在路段，以及车辆当前位置所在地图数据中的拓扑数据，得到车辆当前行驶方向的前方路口；

(6)对上述车辆当前行驶方向的前方路口进行判断，若前方路口不是上述设定的虚拟路口，则根据上述车辆当前行驶方向的前方路口数据，对设定的虚拟路口进行更新，得到更新的虚拟路口，若前方路口是上述设定的虚拟路口，则不操作；

(7)重复步骤(1)-(6)。

上述方法中，对设定的虚拟路口进行更新时，计算该虚拟路口的虚拟路段集合的过程如下：

(2-1)根据车辆当前位置所在地图数据找到车辆当前所在路段沿车辆行驶方向的最末点即入口点A和次末点A₀；

(2-2)根据车辆当前位置所在地图数据找到车辆当前行驶方向的前方路口的一条驶出路段r_e1；

(2-3)取上述驶出路段r_e1沿驶出方向的第一点即出口点B和第二点B₀；

(2-4)过入口点A做的AA₀的垂线l₁，做的AB的中垂线l₂，l₁和l₂相交于点O；

(2-5)以点O为圆心，做圆弧AB；

(2-6)将圆弧AB等分为N，一般取为10份，等分点记为S_i(i＝1，2，…N)，构造点序列{A，S₁，S₂，…S_N，B}，利用该点序列构建一条虚拟路段r_v1；

(2-7)重复步骤(2-2)至(2-6)，直至取遍车辆当前行驶方向的前方路口中的所有驶出路段r_ei(i＝1，2，…M)，其中M为驶出路段的总条数，驶出路段构建的虚拟路段r_vi(i＝1，2，…M)构成虚拟路口的虚拟路段集合。

上述各步骤的具体实现方法分别说明如下：

上述步骤(1)中匹配路段集合R由匹配路段r_i组成，其中匹配路段用点序列表示。

上述步骤(2)中的GPS定位数据包括位置P_c(经度、纬度)、速度v_c、方向a_c、海拔高度h_c等，这些数据可由普通GPS接收机接收并解析得到。其中的虚拟路口C_v包括如下属性：

C_v＝(d，P，g，R_v)，其中，d是路口编号，P是路口位置，即该虚拟路口中心点的经、纬度坐标，g是路口范围，R_v是路口的虚拟路段集合。

虚拟路口初始设定为无效路口，在导航过程中对虚拟路口属性进行实时更新。

判断车辆是否在虚拟路口内的方法为：首先根据车辆在GPS中的定位数据计算车辆位置P_c和虚拟路口位置P之间的距离，若该距离小于路口范围g，则车辆在虚拟路口内，否则车辆不在虚拟路口内；

上述步骤(3)中获取车辆当前位置设定范围内的所有邻近路段，具体包括以下步骤：

(a)以车辆位置P_c为中心，匹配直径d_m(一般取为200m)为边长构造匹配矩形；

(b)取车辆当前位置所在地图数据中的一条路段，判断其外接矩形(可从地图数据中获取)与上述匹配矩形是否相交，若相交，则该路段是邻近路段；

(c)重复步骤(b)，直到取遍车辆当前位置所在地图数据中的所有路段。

上述步骤(4)中根据车辆在GPS中的定位数据，可采用传统几何投影的方法计算车辆和匹配路段集合中的每条路段的距离和夹角，然后利用模糊综合评判方法对每条路段进行评价，选择评价结果最优的路段作为车辆当前所在路段。

上述步骤(5)中根据车辆当前所在路段，利用车辆当前位置所在地图数据中的拓扑数据，找到车辆当前所在路段沿车辆行驶方向的末端点所在的路口，它就是车辆当前行驶方向的前方路口。

上述步骤(6)中对车辆当前行驶方向的前方路口进行判断的方法为，取该前方路口的路口编号，若它与虚拟路口的路口编号相同，则该前方路口是虚拟路口，否则不是虚拟路口；

根据车辆当前行驶方向的前方路口数据，对设定的虚拟路口进行更新，即需要计算虚拟路口的所有属性。其中路口编号d，路口位置P可直接由车辆当前行驶方向的前方路口数据获取，路口范围g一般取为20米，虚拟路段集合R_v的计算方法如图2所示，步骤如下：

(a)根据车辆当前位置所在地图数据找到车辆当前所在路段沿车辆行驶方向的最末点(即入口点)和次末点，分别如图2中点A和点A₀所示；

(b)根据车辆当前位置所在地图数据找到车辆当前行驶方向的前方路口的一条驶出路段，如图2中r_e1所示；

(c)取上述驶出路段r_e1沿驶出方向的第一点B(即出口点)和第二点B₀，如图2所示；

(d)过入口点A做的AA₀的垂线l₁，做的AB的中垂线l₂，l₁和l₂相交于点O；

(e)以点O为圆心，做圆弧AB；

(f)将圆弧AB等分为N(一般取为10)份，等分点记为S_i(i＝1，2，…N)，构造点序列{A，S₁，S₂，…S_N，B}，利用该点序列构建一条虚拟路段r_v1；

(g)重复步骤62)至66)，直至取遍车辆当前行驶方向的前方路口中的所有驶出路段r_ei(i＝1，2，…M)，其中M为驶出路段的总条数。根据这些驶出路段构建的虚拟路段r_vi(i＝1，2，…M)即构成虚拟路口的虚拟路段集合R_v。

本发明的一个实施例中，采用上述方法在一台普通PC机或嵌入式微机中，实现基于动态虚拟路口的GPS车辆定位及匹配方法，并采用Visual C++编程实现，集成于地图匹配测试软件，在普通PC机上运行。该软件可读入GPS定位数据，完成地图匹配，并将定位和匹配结果在电子地图上显示出来。

用车辆在北京市学院桥附近行驶时记录的一段GPS数据进行试验。学院桥分为上、中、下三层，实际车辆由南向北驶入中层桥，并向西驶出。图3所示为地图匹配结果。图3的测试结果表明车辆在进入路口后被正确的匹配到虚线所示的虚拟路段上，使匹配结果始终能够保持连续，光滑，并且更符合驾驶者的直观感觉。

Claims (2)

1.一种车辆导航中基于动态虚拟路口的地图匹配方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)构建一个匹配路段集合，该集合初始为空；

(2)根据车辆在全球卫星定位系统中的定位数据，判断车辆当前位置是否在设定的虚拟路口内，若车辆在虚拟路口内，则将虚拟路口的所有虚拟路段加入到上述匹配路段集合中，若车辆不在虚拟路口内，则不操作；

(3)根据车辆在全球卫星定位系统中的定位数据，从车辆当前位置所在地图数据中获取车辆当前位置设定范围内的所有路段，定义为邻近路段，并将邻近路段加入到上述匹配路段集合中；

(4)根据车辆在全球卫星定位系统中的定位数据，对步骤(3)的匹配路段集合中的所有路段进行模糊综合评判，确定车辆当前所在路段；

(5)根据上述车辆当前所在路段，以及车辆当前位置所在地图数据中的拓扑数据，得到车辆当前行驶方向的前方路口；

(6)对上述车辆当前行驶方向的前方路口进行判断，若前方路口不是上述设定的虚拟路口，则根据上述车辆当前行驶方向的前方路口数据，对设定的虚拟路口进行更新，得到更新的虚拟路口，若前方路口是上述设定的虚拟路口，则不操作；

(7)重复步骤(1)-(6)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于步骤(6)中所述的对设定的虚拟路口进行更新时，计算该虚拟路口的虚拟路段集合的过程如下：

(2-1)根据车辆当前位置所在地图数据找到车辆当前所在路段沿车辆行驶方向的最末点即入口点A和次末点A₀；

(2-2)根据车辆当前位置所在地图数据找到车辆当前行驶方向的前方路口的一条驶出路段r_e1；

(2-3)取上述驶出路段r_e1沿驶出方向的第一点即出口点B和第二点B₀；

(2-4)过入口点A做的AA₀的垂线l₁，做的AB的中垂线l₂，l₁和l₂相交于点O；

(2-5)以点O为圆心，做圆弧AB；

(2-6)将圆弧AB等分为N份，等分点记为S_i(i＝1，2，...N-1)，构造点序列{A，S₁，S₂，...S_N-1，B}，利用该点序列构建一条虚拟路段r_v1；

(2-7)重复步骤(2-2)至(2-6)，直至取遍车辆当前行驶方向的前方路口中的所有驶出路段r_ei(i＝1，2，...M)，其中M为驶出路段的总条数，驶出路段构建的虚拟路段r_vi(i＝1，2，...M)构成虚拟路口的虚拟路段集合。

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